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計畫&論文

利用WRF 3DVAR同化雷達徑向風對2011年南瑪都颱風模擬之影響

陳怡儒


摘要

        台灣地理位置位於熱帶氣旋活躍的西北太平洋地區,為颱風路徑之要衝,每年颱風季中,約有 30 個颱風生成於西北太平洋地區,當侵台颱風接近台灣時,移動路徑與環流因複雜的地形產生很大的變化,使得台灣地區對颱風的風雨與路徑預報更為困難。
        在天氣系統的數值模擬過程中,模式的預報能力常受限於初始場的準確性,全球模式提供的初始場空間解析度不夠高,無法完整描述出中小尺度天氣系統真實大氣的狀態。雷達觀測具有高時空解析度的優點,常使用於劇烈天氣的監控與觀測,能夠觀測颱風環流結構的詳細特徵。本研究挑選 2011 年 8 月 28 日至 8 月 29 日侵襲台灣的南瑪都颱風,將雷達高時解析度的徑向風資料同化到模式中,以改善初始場,探討雷達徑向風資料同化對颱風路徑與風雨分布模擬之影響。
        本研究使用 WRF 模式(V3.2.1)和 3D-VAR 同化系統(WRFDA V3.2.1),使用兩層巢狀網格,水平網格間距為 15 和 5 公里,網格數為 301 x 253 和 241 x 241,垂直分層 35 層。初始時間為 2011 年 8 月28 日 0000 UTC;而 WRF 3DVAR cycle 使用中央氣象局墾丁雷達(RCKT),同化時間為 2011 年 8 月 28 日 0600、0900、1200、1500 和1800 UTC,背景場誤差採用NCEP全球模式所計算出的統計值(CV3),並測試兩組水平影響半徑:R1=0.06 和 R2=0.12,分別進行 30、24、21、18、15 和 12 小時模擬,探討不同同化次數和調整其水平影響半徑對數值模擬的影響。
        模擬結果在颱風結構上,雷達資料同化會改善近颱風中心的雨帶分佈,並隨著同化循環次數越多,其修正效果越大;而較大的影響半ii徑 R2 的強對流雨帶分布也比 R1 更接近觀測。在颱風移動路徑上,R2 平均路徑誤差小於 R1,且隨著同化次數越多,路徑誤差也明顯的下降,證明較大的影響半徑 R2 做多次同化循環明顯改善颱風路徑過快且偏離最佳路徑的情形。在降雨模擬結果中,經過多次同化循環可以改善降雨分佈不正確且高估的情形,而較大影響半徑 R2 的強降水分佈位置比 R1 準確;而雨量驗證上,R1 的 ETS 得分在偏弱降水有較高的得分,但在強降雨的模擬上,R2 有較高的準確度。雖然累積雨量還是有高估的情形,但若使用較大的影響半徑配合多次同化循環,會明顯修正雨量的高估和強降水區的分布位置。
        經由不同組合的實驗發現:(1)相較於一次雷達資料同化,較多的同化循環次數對颱風模擬的改善效果好;(2)較大的影響半徑(R2=0.12)模擬結果也比較小的影響半徑(R1=0.06)佳。因此以較多的同化循環再加上較大的影響半徑組合實驗能有效改善數值模擬結果,雖然降水仍有高估、颱風移動速度偏快的現象,但相較於未同化實驗的模擬結果,降水分布和颱風路徑有更接近觀測的趨勢;雖然同化效果仍然有限,但就颱風整體降雨、結構和移動路徑而言,同化雷達徑向風資料確實有效的改善模擬結果的準確度。

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